Inorganic MaterialsInorganic MaterialsНеорганические материалы0002-337X3034-5588The Russian Academy of Sciences68164410.31857/S0002337X24080018LOYLKOArticlesСтатьиResearch ArticleВлияние термической обработки на термоэлектрические и механические свойства твердого раствора Bi2Te2.5Se0.5 n-типа проводимости, полученного методом экструзииВлияние термической обработки на термоэлектрические и механические свойства твердого раствора Bi2Te2.5Se0.5 n-типа проводимости, полученного методом экструзииЮрьевВ. А.
Russian Federation
vlad.yriev@yandex.ruЧуйкоА. Г.
Russian Federation
vlad.yriev@yandex.ruКалининЮ. Е.
Russian Federation
vlad.yriev@yandex.ruГребенниковА. А.
Russian Federation
vlad.yriev@yandex.ruКаширинМ. А.
Russian Federation
vlad.yriev@yandex.ruАО “РИФ”Воронежский государственный технический университет0808202460890991930052025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://transsyst.ru/0002-337X/article/view/681644

В работе проведено сравнение механических и термоэлектрических параметров сплава Bi2Te2.5Se0.5, полученного зонной перекристаллизацией и экструзией. Исследовано влияние термической обработки на предел прочности и термоэлектрическую добротность твердого раствора n-типа проводимости, полученного методом экструзии. Измерены термоэлектрические параметры: коэффициент Зеебека, удельная электропроводность и теплопроводность при комнатной температуре и в интервале температур 300–430 К. Рассчитан коэффициент термоэлектрической добротности ZТ. Максимальное значение ZT = 1.0 ± 0.1 при 340 К зафиксировано для образцов, полученных зонной перекристаллизацией, в то время как максимальная величина ZT = 0.90 ± 0.1 установлена для образцов, полученных экструзией. Термическая обработка в вакуумном термостате при температуре 573 К в течение 24 ч образцов, полученных экструзией, привела к росту максимальных значений ZT до 0.96 ± 0.1 и предела прочности σb до 165 МПа.

В работе проведено сравнение механических и термоэлектрических параметров сплава Bi2Te2.5Se0.5, полученного зонной перекристаллизацией и экструзией. Исследовано влияние термической обработки на предел прочности и термоэлектрическую добротность твердого раствора n-типа проводимости, полученного методом экструзии. Измерены термоэлектрические параметры: коэффициент Зеебека, удельная электропроводность и теплопроводность при комнатной температуре и в интервале температур 300–430 К. Рассчитан коэффициент термоэлектрической добротности ZТ. Максимальное значение ZT = 1.0 ± 0.1 при 340 К зафиксировано для образцов, полученных зонной перекристаллизацией, в то время как максимальная величина ZT = 0.90 ± 0.1 установлена для образцов, полученных экструзией. Термическая обработка в вакуумном термостате при температуре 573 К в течение 24 ч образцов, полученных экструзией, привела к росту максимальных значений ZT до 0.96 ± 0.1 и предела прочности σb до 165 МПа.

термоэлектричествоэкструзиятвердые растворыдобротностьтермическая обработкапредел прочностиГольцман Б.М., Кудинов В.А., Смирнов И.А. Полупроводниковые термоэлектрические материалы на основе Bi2Te3. М.: Наука, 1972. 320 с.Соловьев Б.А., Гамисония Г.К., Димукашева Г.Е., Коломеец Д.А. Применение термоэлектрического модуля Пельтье в технологиях охлаждения и генерации электроэнергии // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2023. Т. 19. № 4. С. 127–136. https://doi.org/10.17122/1999-5458-2023-19-4-127-136Иванова Л.Д., Гранаткина Ю.В., Мальчев А.Г., Нихезина И.Ю., Емельянов М.В., Никулин Д.С. Термоэлектрические и механические свойства твердых растворов Sb2Te3–Bi2Te3, легированных свинцом // Неорган. материалы. 2020. Т. 56. № 3. С. 247–252. https://doi.org/10.31857/S0002337X20030057Сорокин А.И., Иванцов М.С., Табачкова Н.Ю., Бублик В.Т., Скипидаров С.Я., Дашевский З.М. Разработка технологии высокопрочных термоэлектриков диаметром до 35 мм на основе поликристаллов Bi2Te3 методом горячей экструзии // Физика и техника полупроводников. 2022. Т. 56. № 1. С. 17–21. https://doi.org/10.21883/FTP.2022.01.51805.07Скипидаров С.Я., Курганов В.А. Твердые растворы Bi2Te3-Sb2Te3-Sb2Se3-Bi2Se3 n- и p-типов проводимости с повышенной механической прочностью: Патент RU 2774636 C1 от 26.10.2021. Опубликован 21.06.2022 (H01L 35/16, C22C 12/00).Lavrentev M.G., Osvenskii V.B., Parkhomenko Yu.N., Sorokin A.I., Pivovarov G.I., Bulat L.P., Snyder G.J., Kim H.S., Witting I.T., Bublik V.T., Tabachkova N.Yu. Improved Mechanical Properties of Thermoelectric (Bi0.2Sb0.8)2Te3 by Nanostructuring // APL Mater. 2016. V. 4. № 10. P. 104807. https://doi.org/10.1063/1.495317Lavrentev M.G., Drabkin I.A., Ershova L.B., Volkov M.P. Improved Extruded Thermoelectric Materials // J. Electron. Mater. 2020. № 49. P. 2937. https://doi.org/10.1007/s11664-020-07988-0Иванова Л.Д., Петрова Л.И., Гранаткина Ю.В., Никулин Д.С., Райкина О.А. Кристаллизация и механические свойства твердых растворов халькогенидов висмута и сурьмы // Неорган. материалы. 2016. Т. 52. № 3. С. 289–296. https://doi.org/10.7868/S0002337X16030040Гриднев С.А., Калинин Ю.Е., Макагонов В.А. Физические основы увеличения термоэлектрической добротности наноструктурированных материалов // Альтернативная энергетика и экология. 2019. № 34–36 (318–323). С. 41–72.Иоффе А.Ф. Полупроводниковые термоэлементы. М.: Изд-во АН СССР, 1956. 194 с.Lavrent’ev M.G., Osvenskii V.B., Pivovarov G.I., Sorokina A.I., Bulat L.P., Bublik V.T., Tabachkova N.Yu. Mechanical Properties of (Bi,Sb)2Te3 Solid Solutions Obtained by Directional Crystallization and Spark Plasma Sintering // Tech. Phys. Lett. 2016. V. 42. № 1. P. 105–107. https://doi.org/10.1134/S1063785016010260Юрьев В.А., Чуйко А.Г., Калинин Ю.Е., Гребенников А.А., Каширин М.А. Влияние термической обработки на термоэлектрические и механические свойства твердого раствора Bi0.5Sb1.5Te3 p-типа проводимости, полученного методом экструзии // Физика и техника полупроводников. 2024. Т. 58. № 2. С. 63–67. https://doi.org/10.61011/FTP.2024.02.57870.14TShtremel M.A. Strnegth of Alloys. Part I. Deformation: Textbook for Institutions of Higher Education. M.: MISiS Publ., 1997.Валиев Р.З. Новые исследования парадокса прочности и пластичности в наноматериалах // Вестн. СПбГУ. Математика. Механика. Астрономия. 2020. Т. 7 (65). № 1. С. 112–127. https://doi.org/10.21638/11701/spbu01.2020.112Valiev R.Z., Parfenov E.V., Raab G.I., Semenova I.P. Study and Development of Nanostructured Metals for Production of Medical Implants and Equipment // MTD. 2019. V. 1. № 1. Р. 42–47.Герасимова Н.С. Кристаллические решетки и их дефекты: уч. пособие по курсу “Материаловедение”. Калуга: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016. 72 с.Ормонт Б.Ф. Введение в физическую химию и кристаллохимию полупроводников: уч. пособие для студентов техн. вузов / Под ред. Глазова В.М. М.: Высш. школа, 1982. 528 с.Физическое металловедение / Под ред. Кана Р.У., Хаазена П. В 3 т. Т. 1. Атомное строение металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1987. 640 с.Петрик М.В., Кузнецов А.Р., Еникеев Н.А., Горностырев Ю.Н., Валиев Р.З. Особенности взаимодействия легирующих элементов с границами зерен и образование сегрегаций в сплавах Al–Mg и Al–Zn // Физика металлов и металловедение. 2018. Т. 119. № 7. С. 647–652.Мавлютов А.М., Латынина Т.А., Мурашкин М.Ю., Валиев Р.З., Орлова Т.С. Влияние отжига на микроструктуру и механические свойства ультрамелкозернистого технически чистого Al // Физика твердого тела. 2017. Т 59. № 10. С. 1949–1955. https://doi.org/10.21883/FTT.2017.10.44964.094Современная кристаллография (в четырех томах). Т. 4. Физические свойства кристаллов / Шувалов Л.А., Урусовская А.А., Желудев И.С. и др. М.: Наука, 1981.Павлык Б.В., Лыс Р.М., Дидык Р.И., Шикоряк И.А. Особенности одноосной упругой деформации кристаллов p-Si, облученных рентгеновскими лучами // Физика и техника полупроводников. 2015. Т. 49. № 5. С. 638–643.Gridnev S.A., Kalinin Yu.E., Dybov V.A., Popov I.I., Kashirin N.A., Tolstykh M.A. Internal Friction in Thin-film Ferrite Bismuth with an Amorphous Structure // J. Alloys Compd. 2022. V. 918. P. 165610. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.165610Белоногов Е.К., Гребенников А.А., Дыбов В.А., Костюченко А.В., Кущев С.Б., Сафонов И.А., Сериков Д.В., Юрьев В.А. Влияние фотонной обработки на структуру и субструктуру термоэлектрического материала Bi2Te3–хSeх // Перспективные материалы. 2019. № 12. С. 31–38. https://doi.org/10.30791/1028-978X-2019-12-31-38ГОСТ 25.503-97 Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Метод испытания на сжатие. 01.07.99. М.: Изд-во стандартов, 1997. 24 с.Zhilova O.V., Pankov S.Yu., Sitnikov A.V., Kalinin Yu.E., Volochaev M.N., Makagonov V.A. Structure and Electrophysical Properties of Thin-film SnO2–In2O3 Heterostructures // J. Mater. Sci. – Mater. Electron. 2019. V. 30. P. 11859–11867. https://doi.org/10.1007/s10854-019-01503-wИванова Л.Д. Термоэлектрические материалы для различных температурных уровней // Физика и техника полупроводников. 2017. Т. 51. № 7. С. 948–951.Иванова Л.Д., Гранаткина Ю.В., Мальчев А.Г., Нихезина И.Ю., Емельянов М.В., Никулин Д.С. Механические и термоэлектрические свойства твердых растворов халькогенидов висмута, полученных кристаллизацией в жидкости // Неорган. материалы. 2018. Т. 54. № 11. С. 1250–1255. https://doi.org/10.1134/S0002337X18120072Bahl S., Xiong L., Allard L.F., Michi R.A., Poplawsky J.D., Chuang A.C., Singh D., Watkins T.R., Shin D., Haynes J.A., Shyam A. Aging behavior and strengthening mechanisms of coarsening resistant metastable θ precipitates in an Al–Cu alloy // Mater. Design. 2021. V. 198. P. 109378. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2020.109378Chen X., Zhan L., Ma Z., Xu Y., Zheng Q., Cai Y. Study on tensile/compressive asymmetry in creep ageing behavior of Al–Cu alloy under different stress levels // J. Alloys Compd. 2020. V. 843. P. 156157. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.156157Трусов П.В., Швейкин А.И. Многоуровневые модели моно- и поликристаллических материалов: теория, алгоритмы, примеры применения. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2019. 605 с.